專利名稱：三靶磁控共濺射制備鋁-銅-鐵準(zhǔn)晶涂層的方法及其應(yīng)用的制作方法
三靶磁控共濺射制備鋁 一 銅 一 鐵準(zhǔn)晶涂層的方法及其應(yīng)用 [技術(shù)領(lǐng)域]
本發(fā)明涉及磁控共濺處理表面材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種三 耙磁控共濺射制備鋁 一銅—鐵準(zhǔn)晶涂層的方法及其應(yīng)用。 [背景技術(shù)]
準(zhǔn)晶材料是八十年代中后期迅速發(fā)展起來的，具有許多優(yōu)良的性能 的新型材料，例如硬度高、表面能低、摩擦系數(shù)極低，耐熱耐蝕性能優(yōu) 良以及光電磁性能優(yōu)異等性能。因此，準(zhǔn)晶材料的這種類似陶瓷材料的 特性吸引了涂層技術(shù)工作者的廣泛注意，由于準(zhǔn)晶材料具有脆性大的特 點(diǎn)，極大的限制了準(zhǔn)晶材料的潛在應(yīng)用領(lǐng)域，于是，準(zhǔn)晶材料的工程應(yīng) 用研究目前主要集中在表面涂層和復(fù)合材料兩個(gè)方面。
從涂層的技術(shù)發(fā)展與研究成果來看，準(zhǔn)晶涂層的形成一般被認(rèn)為有 兩個(gè)過程第一步是固態(tài)擴(kuò)散過程；第二步是準(zhǔn)晶相的純化過程；準(zhǔn)晶 涂層的制備方法主要分為兩大類物理氣相沉積(PVD)和熱噴涂方法； 物理氣相沉積法包括真空蒸鍍、濺射沉積、激光熔融合成、離子束混合
等o
在磁控濺射制備涂層時(shí)，由于濺射中粒子具有較高的能量，所以涂 層與基體的結(jié)合較強(qiáng)，并且還能夠方便地控制各個(gè)組元的成分比例，其 中，
Chien等系統(tǒng)研究了在液氮冷卻的基體上濺射沉積的Al65C2oFeis準(zhǔn) 晶涂層，發(fā)現(xiàn)直接沉積的涂層為非晶態(tài)，在45(TC下退火后涂層變?yōu)榫?態(tài)，在60(TC下退火后則完全變?yōu)闇?zhǔn)晶態(tài)；
Klein等用三層金屬薄層通過固態(tài)擴(kuò)散形成了均勻的A1-Cu-Fe準(zhǔn)晶涂層，同時(shí)發(fā)現(xiàn)金屬層的沉積順序必須為A1/Fe/Cu，否則不能形成準(zhǔn)晶 涂層；
李國紅等用多靶磁控濺射結(jié)合后期高溫退火的方法成功地制成了 完全取向的二維I相Al-Cu-Co準(zhǔn)晶涂層。
上述方法制備A1-Cu-Fe準(zhǔn)晶涂層都需要經(jīng)過退火熱處理的過程。 [發(fā)明內(nèi)容]
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，采用FJL560D2型三室超高真 空磁控與離子束多功能濺射鍍膜設(shè)備，采用鋁、銅、鐵三種靶材同時(shí)進(jìn) 行磁控濺射，實(shí)現(xiàn)在不銹鋼基底材料上制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂層的目 的。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種三粑磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂 層的方法，其工藝步驟依次為基底材料預(yù)處理、抽真空、調(diào)節(jié)磁控共濺 射工藝參數(shù)、磁控共濺射、緩冷取出得成品，其特征在于采用不銹鋼 作為基底材料；所述的磁控共濺射中采用A1靶、Cu耙和Fe靶三種靶材同 時(shí)進(jìn)行磁控濺射；磁控共濺射工藝參數(shù)為A1耙濺射功率為116-125W、 Cu靶濺射功率為12-13W、 Fe靶濺射功率為30-38W、背底真空度為 1.5xlO'4Pa，充入Ar氣后工作氣壓為2.0Pa，基底負(fù)偏壓為-120V，基底溫 度為55(TC，濺射時(shí)間為60min。
所述的基底材料預(yù)處理為將基底材料置于丙酮溶液中超聲波清 洗，再將基底材料進(jìn)行純水清洗，再在無水酒精中超聲波清洗，再次用 清水清洗，最后烘干。
所述的不銹鋼為lCrl8Ni9Ti。
所述的Al靶采用直徑為60mm,厚度為3.5mm的純度》99.99%的純鋁靶。
5所述的Cu耙采用直徑為60mm，厚度為3.5mm的純度^99.99。/。的純銅耙。
所述的Fe靶采用直徑為60mm，厚度為1.8皿的純度》99.99%的純鐵耙。
三耙磁控共濺射制備的鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂層應(yīng)用于機(jī)械、汽車、石 化、電力、化工、航空領(lǐng)域。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，三靶磁控共濺射制備的A1-Cu-Fe準(zhǔn)晶涂層 的硬度高，摩擦系數(shù)低，具有良好的耐磨及抗高溫氧化性能，鍍層組織 均勻和致密；采用磁控濺射的制備方法有利于控制合金靶材的成分，勿 需經(jīng)過退火熱處理的過程；多種金屬離子濺射轟擊表面會產(chǎn)生注入效應(yīng) 以及增加負(fù)偏壓的作用，有利于提高涂層附著力。 [具體實(shí)施方式
]
下面對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，本發(fā)明對本專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域的人來說 還是比較清楚的。
實(shí)施例1
選用1Crl8Ni9Ti不銹鋼，經(jīng)過表面預(yù)處理作為基底材料；
采用三耙進(jìn)行磁控共濺射的Al靶濺射功率為120W、 Cu靶濺射功 率為12.8W、 Fe耙濺射功率為35W;背底真空度為1.5xlO_4Pa;充入 Ar氣后工作氣壓控制為2.0Pa;基底負(fù)偏壓為-120V;基底溫度為550。C; 濺射時(shí)間為60min;
采用上述材料及工藝參數(shù)在FJL560D2型三室超高真空磁控與離子 束多功能濺射鍍膜設(shè)備上制備的Al-Cu-Fe準(zhǔn)晶涂層的硬度可以達(dá)到 8.2GPa，彈性模量達(dá)到184.8Gpa，涂層的摩擦系數(shù)為0.08，該涂層在
610%硝酸溶液中的耐蝕性提高將近3.1倍；在50(TC恒溫氧化1小時(shí)，
涂層的氧化增重僅為無涂層的30%,說明涂層明顯提高了抗氧化性能。
實(shí)施例2
選用1Crl8Ni9Ti不銹鋼，經(jīng)過表面預(yù)處理作為基底材料； 采用三耙進(jìn)行磁控共濺射的Al耙濺射功率為115W、 Cu耙濺射功 率為12.5W、 Fe靶濺射功率為38W;背底真空度為1.5xl(^Pa;充入 Ar氣后工作氣壓為2.0Pa;基底負(fù)偏壓為-120V;基底溫度為55(TC;濺 射時(shí)間為60min;
采用上述材料及工藝參數(shù)在FJL560D2型三室超高真空磁控與離子 束多功能濺射鍍膜設(shè)備上制備的Al-Qi-Fe的硬度可以達(dá)到7.9GPa以上， 彈性模量達(dá)到180.5Gpa，涂層的摩擦系數(shù)為0.09，該涂層在20%硝酸溶 液中的耐蝕性提高將近2.3倍；在40(TC恒溫氧化1小時(shí)，涂層的氧化 增重僅為無涂層的36%，證明該涂層明顯提高了材料的抗氧化性。
權(quán)利要求
1、一種三靶磁控共濺射制備鋁—銅—鐵準(zhǔn)晶涂層的方法，其工藝步驟依次為基底材料預(yù)處理、抽真空、調(diào)節(jié)磁控共濺射工藝參數(shù)、磁控共濺射、緩冷取出得成品，其特征在于采用不銹鋼作為基底材料；所述的磁控共濺射中采用Al靶、Cu靶和Fe靶三種靶材同時(shí)進(jìn)行磁控濺射；磁控共濺射工藝參數(shù)為Al靶濺射功率為116-125W、Cu靶濺射功率為12-13W、Fe靶濺射功率為30-38W、背底真空度為1.5×10-4Pa，充入Ar后工作氣壓為2.0Pa，基底負(fù)偏壓為-120V，基底溫度為550℃，濺射時(shí)間為60min。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種三靶磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂 層的方法，其特征在于所述的基底材料預(yù)處理為將基底材料置 于丙酮溶液中超聲波清洗，再將基底材料進(jìn)行純水清洗，再在無 水酒精中超聲波清洗，再次用清水清洗，最后烘干。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種三靶磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂 層的方法，其特征在于所述的不銹鋼為1Crl8Ni9Ti。
4、 如權(quán)利要求1所述的一種三耙磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂 層的方法，其特征在于所述的Al靶采用直徑為60mm，厚度為 3.5mm的純度>99.99%的純鋁耙。
5、 如權(quán)利要求1所述的一種三靶磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂 層的方法，其特征在于所述的Cu靶采用直徑為60mm，厚度為 3.5mm的純度》99.99%的純銅耙。
6、 如權(quán)利要求1所述的一種三靶磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂 層的方法，其特征在于所述的Fe耙采用直徑為60mm，厚度為 1.8mm的純度》99.99%的純鐵耙。
7、 一種三耙磁控共濺射制備鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂層的應(yīng)用，其特征在 于三靶磁控共濺射制備的鋁一銅一鐵準(zhǔn)晶涂層應(yīng)用于機(jī)械、汽 車、石化、電力、化工、航空領(lǐng)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及磁控共濺處理表面材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種三靶磁控共濺射制備鋁—銅—鐵準(zhǔn)晶涂層的方法及其應(yīng)用，其特征在于磁控共濺射中采用Al靶、Cu靶和Fe靶三種靶材同時(shí)進(jìn)行磁控濺射；磁控共濺射工藝參數(shù)為Al靶濺射功率為116-125W、Cu靶濺射功率為12-13W、Fe靶濺射功率為30-38W、背底真空度為1.5×10^-4Pa，充入Ar氣后工作氣壓為2.0Pa，基底負(fù)偏壓為-120V，基底溫度為550℃，濺射60min。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，準(zhǔn)晶涂層的硬度高，摩擦系數(shù)低，耐磨及抗高溫氧化性能好，鍍層組織均勻和致密，涂層附著力高；采用磁控濺射方法有利于控制合金靶材的成分，勿需經(jīng)過退火熱處理。
文檔編號C23C14/35GK101429648SQ200810204439
公開日2009年5月13日 申請日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月11日
發(fā)明者佳 何, 劉延輝, 周細(xì)應(yīng) 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)